IPv4 vs. IPv6 IPv6 im praktischen Einsatz

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1 IPv4 vs. IPv6 IPv6 im praktischen Einsatz Referat im Fach Kommunikationsnetze von Stefan Macke 1

2 Agenda Geschichtliche Entwicklung von IPv6 Von festen Netzklassen über CIDR zu IPv6 Beschreibung der Funktionsweise von IPv4 und IPv6 Adressaufbau, Paketaufbau, etc. Praktische Einsetzbarkeit von IPv6 Windows, Linux, Internet 2 2

3 IP = Internet Protocol OSI-Schicht Application 6 Presentation Application Session Transport Network Data Link Physical TCP/IP-Schicht Transport Network Host-to-Network 3 Internet Protocol Network-Level Erste logische Ebene, d.h. unabhängig vom Übertragungsmedium <> Data- Link-Layer MAC-Adressen, Physical Kabel etc. Grundlage für Routing und Internet Das Protokoll im Internet Protokolle der selben Ebene: ICMP, IPX [Quelle: 3

4 Netzklassen Vergabe von durch Internet Assigned Numbers Authority (IANA) Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN) Verschiedene Netzklassen Netzklasse Klasse A Klasse B Klasse C Klasse D Klasse E Adressbereich Startbits ICANN Zunächst IANA, direkt der US-Regierung unterstellt 1998 Gründung der ICANN, da IANA überfordert war; ICANN ist unabhängig von der Politik Netzklassen Vergabe unterschiedlich großer Bereiche an Unternehmen Class A 126 Netze á 16 Mio Hosts Beispiel: MIT ( ) Class B 65K Netze á 65K Hosts Class C 16 Mio Netze á 254 Hosts Class D und E Multicast bzw. ungenutzt/experimentell verschwenderischer Umgang mit den : Class A/B meist überdimensioniert, Class C zu klein Startbits sind die ersten Bits der, die in einer Netzklasse immer gleich sind, Bsp.: Class B beginnt immer mit 10. Das erste Bit für 128 ist gesetzt, das zweite für 64 nicht. Ist das zweite Bit gesetzt, befinden wir uns schon in Class C. [Quelle: 4

5 Classless Inter-Domain Routing Klassenlos, da auf die festen Netzklassen verzichtet wird Daher: variable Netzklassen Subnetmasks Subnetmasks teilen die IP-Adresse in Netz- und Hostanteil 5 Beim CIDR werden variable Netzklassen verwendet, die über die Subnetmask angesprochen werden Subnetmasks teilen die IP-Adresse in einen netzspezifischen Teil und den Host- Anteil. So können kleinere Subnets gebildet werden, die besser den Anforderungen der Unternehmen entsprechen. [Quelle: 5

6 Classless Inter-Domain Routing Praktisches Beispiel Linux: ipcalc 6 Mit Hilfe des Linux-Tools ipcalc kann eine IP-Adresse mit ihrer Subnetmask übersichtlich in Binärform dargestellt werden. Online-ipcalc: Kurze Erklärung der Bedeutung der Subnetmask und ihrer binären Schreibweise. Netzanteil / Hostanteil der IP-Adresse Bildung eines Subnets, Netzadresse, Broadcastadresse, Bestimmen der Hostanzahl 6

7 Internet Protocol Version 6 Motivation zur Einführung von IPv6 Begrenzter Pool an IPv4-Adressen von ~4 Mrd. Adressen (2 32 ) Viele neue Geräte, die brauchen (Handys etc.) Adresspool bei IPv6: Begrenzter Adress-Pool bei IPv4 Viele nicht nutzbare Bereiche (Multicast etc.) und Class A-Netze, die nicht genutzt werden Workaround NAT Neue Geräte wie Handys brauchen, aber auch neue Länder wie Indien etc. 7

8 Adressaufbau IPv4 Länge: 32 Bit dotted decimal notation: 4 Oktetts Nach CIDR Aufteilung der Adresse in Netz- und Hostanteil Spezielle Adressen (undefinierte Adresse) (Broadcast) (Loopback) etc. (werden nicht geroutet) 8 Eine IPv4-Adresse ist 32 Bit lang und wird in der dotted decimal notation geschrieben. Hierbei werden die 32 Bit der IP-Adresse in 4 Oktette (Bytes) zerlegt, die durch Punkte getrennt werden. Durch die bereits erwähnte CIDR-Technik werden die Adressen in Netz- und Hostanteil aufgeteilt, sodass kleinere Subnets gebildet werden können. Besondere Adressen Undefinierte Adresse: Netzwerkadapter hat noch keine Adresse zugewiesen bekommen Broadcast: Adresse, um alle Hosts im Segment erreichen zu können. Nötig für -Anfragen etc. Loopback: Adresse, die auf das eigene Interface zeigt Private Netzwerke, die nicht geroutet werden. Werden hauptsächlich in Unternehmen eingesetzt, wodurch öffentliche eingespart werden [Quelle: 8

9 Adressaufbau IPv6 Länge: 128 Bit Notation in hexadezimaler Schreibweise mit Doppelpunkten 8 Blöcke zu je 16 Bit Netz-/Hostanteil jeweils 64 Bits Beispiel: 2001:0db8:00a3:0000:0000:8a2e:0070: : db8: a3: : 8a2e: 70: :db8:a3::8a2e:70:4 9 Eine IPv6-Adresse ist 128 Bit lang und wird hexadezimal notiert, da die dezimale Darstellung mehr als unübersichtlich wäre (16 Zahlen) Nach jeweils 16 Bit wird ein Doppelpunkt zur übersichtlichen Schreibweise eingefügt. Führende Nullen können weggelassen werden, komplette 0-Blöcke ebenso. Es dürfen aber maximal einmal zwei direkt aufeinanderfolgende Doppelpunkte stehen, da sonst die Anzahl der 0-Blöcke nicht eindeutig ist. [Quelle: 9

10 Adressaufbau IPv6 Einige besondere Adressen ::0 (undefinierte Adresse) ::1 (Loopback) fe80:: - febf:: (link-local) fec0:: - feff:: (site-local, veraltet) ff02::2 (Broadcast) ff02::1 (Neighbour Discovery) 10 Besondere Adressen Undefinierte Adresse Loopback link-local Dürfen nicht geroutet werden und sind bei der Autokonfiguration von Bedeutung. Sie werden aus der MAC-Adresse der Netzwerkkarte automatisch berechnet und dienen zunächst der Suche nach einem Router. site-local Dürfen analog zu den privaten Adressen in IPv4 nur innerhalb einer Organisation geroutet werden. Sind bereits veraltet, da sie dank des quasi unerschöpflichen Vorrats an nicht benötigt werden. Sie dienen hauptsächlich Unternehmen, die noch nicht ans Internet angeschlossen sind, um später einen leichteren Einstieg zu haben. Broadcast-Adressen werden in IPv6 über Multicast-Adressen realisiert [Quelle: [Quelle: 10

11 Adressaufbau IPv6 Praktisches Beispiel Windows IPv6-Befehle 11 Als praktisches Beispiel für die IPv6-Adressen dient die Installation des IPv6- Protokollstapels unter Windows über ipv6 install und danach der Einsatz des Programms ipconfig und ping6 11

12 Paketaufbau IPv4 Pakete /v6 Paket = Header + Daten -Header hat variable Länge 12 Grundsätzlich bestehen sowohl IPv4- als auch IPv6-Pakete aus einem Header und den Daten (Payload) Bei IPv4 hat der Header eine variable Länge, die im Feld IHL als Vielfaches von 32 angegeben wird. Standard ist hierbei 5, also 5 * 32 Bit = 20 Byte (Options und Padding sind optional) Service Type ist wichtig z.b. für QoS Da Total Length 16 Bit breit ist, darf ein IP-Paket max Bit lang sein Identification, Flags und Fragment Offset sind wichtig für die Fragmentierung von Paketen TTL: max. Anzahl an Hops Protocol: Das Protokoll, das im Payload verwendet wird IP Header Checksum: Prüfsumme nur für den Header Source und Destination: Quell- und Zieladresse des Pakets Options/Padding: Zusätzliche Optionen und Füllbereiche um auf ein Vielfaches von 32 zu kommen [Quelle: [Quelle: 12

13 Paketaufbau IPv6 Pakete -Header hat feste Länge Optionen in sog. Extension Headers 13 IPv6-Pakete haben eine feste Headerlänge Felder des Headers Traffic Class/Flow Label: für QoS Payload Length: Länge des Datenbereichs inkl. Extension Headers Next Header: Identifiziert den nächsten Extension Header TTL/Source/Destination: wie IPv4, nur dass die Adressen länger sind [Quelle: 13

14 bei IPv4 Client sendet -DISCOVER Source: Destination: Server antworten mit -OFFER als Broadcast Client entscheidet sich für einen Server und sendet -REQUEST Server sendet -ACKNOWLEDGE mit IP-Adresse und anderen Daten 14 Die Konfiguration bei IPv4 per läuft über die UDP-Ports 67 und 68 und besteht aus einer Abfolge von Paketen, über die Server und Client eine Adresse aushandeln Praktisches Beispiel Verfolgung des -Verkehrs mit Ethereal [Quelle: 14

15 IP-Autokonfiguration Generierung der link-local-adresse aus der MAC-Adresse Für Ethernetkarten nach Norm EUI64 In die Mitte der MAC-Adresse fffe einfügen Zweitletztes Bit des ersten Bytes der MAC auf 1 setzen Präfix fe80:: Beispiel MAC: D8-6A-9B-83 : fe80::211:d8ff:fe6a:9b83 Dann Broadcast und Ersetzen der ersten 64 Bit durch Präfix des Routers 15 Zunächst muss ein Netzwerkinterface einen Router suchen. Dafür hat es eine automatisch generierte Adresse z.b. nach dem angegebenen Algorithmus für die Norm EUI64 Dann sendet es sogenannte Router Solicitations (RS) an die spezielle Multicast- Adresse FF02::2, worauf ein Router, sofern vorhanden, ein Router Advertisement (RA) mit den benötigten Informationen zurückschickt. Dieser Vorgang wird Stateless Autoconfiguration genannt, da vom Netzwerkadministrator nicht vorher bestimmt werden muss, welche vergeben werden. Das einzige, was er auf dem Router konfigurieren muss, ist der Prefix und dessen Länge. Mit einem Prefix aus dem Bereich der global eindeutigen Adressen kann sich das Interface seine Adresse selbst zusammensetzen. Es ersetzt einfach die ersten 64 Bit (Prefix FE80::/64) mit dem in der RA verschickten Prefix. Aus der RA kann ein Interface auch den Default Gateway herauslesen, so dass es theoretisch keine Konfiguration am Endgerät mehr braucht. Ein weiterer Mechanismus ist die Neighbour Discovery. Um sicher zu gehen, dass die Adresse eindeutig ist, kann ein Interface eine sogenannte Neighbour Solicitations an die Multicast-Adresse FF02::1 schicken mit der gerade generierten Adresse als Absender. Falls es die Adresse schon gibt, wird der Doppelgänger darauf antworten, und das Interface kann seine Adresse ändern. [Quelle: 15

16 v6 Problem IP-Autokonfiguration stellt zwar Gateway bereit aber keinen DNS-Server etc. Lösung: v6 Multicast für v6-server: ff02::1:2 Andere Möglichkeit: Multicast an spezielle DNS-Server-Adresse 16 Anhand der IP-Autokonfiguration in IPv6 kann sich der Client die Adresse des Gateways selbst errechnen Weitergehende Konfiguration wie DNS-, NTP-Server etc. sind jedoch nicht möglich Hier springt v6 ein, das auf den UDP-Ports 546 und 547 arbeitet, und auf die Multicasts an ff02::1:2 lauscht Alternative ist ein Multicast an eine spezielle Adresse, an der alle DNS-Server lauschen. Diese ist aber noch nicht standardisiert. [Quelle: 16

17 : Windows -Protokollstapel ist ab Windows 2000 verfügbar XP ipv6 install Installation über Netzwerkeigenschaften 17 Ab Windows 2000 ist es möglich einen (teils experimentellen) IPv6- Protokollstapel zu installieren Praktisches Beispiel wurde bereits gegeben 17

18 : Linux Ab Kernel 2.6 enthält Linux eine umfassende IPv6-Unterstützung Beispiel: /etc/hosts 18 In der Datei /etc/hosts sind z.b. die Loopbackadressen schon im IPv6-Format eingetragen Tools wie ping6 und traceroute6 sind verfügbar 18

19 : Internet Enorme Wichtigkeit von DNS URL-Format: Abwärtskompatibiliät 19 Aufgrund der komplexen, die nicht mehr einfach zu merken sind, nimmt die Bedeutung von DNS mit der Einführung von IPv6 stark zu Um die Doppelpunkte in der IPv6-Adresse von der Port-Angabe in URLs abzugrenzen, wird die IP-Adresse in eckige Klammern gefasst Wichtig in der Phase der Umstellung von IPv4 auf IPv6 ist eine Abwärtskompatibilität zu gewährleisten, da aufgrund der hohen Komplexität keine stichtagsbezogene Umstellung möglich ist 19

20 Äußerst komplexes Thema Guter Ansatz Nur schleichende Umstellung Verschlüsselung IPSec Datenschutz? Privacy Extensions 20 Diese Präsentation kratzt nur an der Oberfläche Meiner Meinung ist IPv6 unerlässlich für die Zukunft des Internets und des weltweiten Netzwerkverkehrs Leider führten die häufigen Änderungen der Standards gerade zu Beginn der Einführung von IPv6 zu vielen Problemen und einer hohen Inakzeptanz bei Unternehmen Die Haupt-Features von IPv6 (z.b. IPSec, Autokonfiguration) sind inzwischen zum Großteil auch mit IPv4 abdeckbar, sodass kein zwingender Grund besteht, zu wechseln Ein weiteres Problem ist der Datenschutz. Da weltweit eindeutige vergeben werden, kann der Traffic evtl. gezielt verfolgt werden. Lösung: Privacy Extensions 20

21 Ende der Präsentation Danke für Ihre Aufmerksamkeit Fragen? 21 21